08년 1회차

리소좀은 가수분해 효소(hydrolytic enzyme)를 함유한 소낭 구조로, 세포 내 소화기관 역할을 한다. 정답 4번이 옳은데, 리소좀 내의 소화효소가 노화된 세포소기관, 식작용으로 섭취한 물질, 손상된 단백질 등을 분해하기 때문이다. 1번은 미토콘드리아의 역할(ATP 생성), 2번은 과산화수소체(퍼옥시솜)의 주요 기능, 3번은 핵과 리보솜을 포함한 단백질 합성 시스템의 역할이므로 리소좀과 무관하다.

성인의 체중 중 골격근이 차지하는 비율은 약 40%이다. 골격근은 신체에서 가장 큰 기관으로, 신진대사와 에너지 소비에 핵심적인 역할을 한다. 체지방과 내장기관을 제외한 대부분의 근육량이 골격근이며, 성별과 연령에 따라 다소 변동할 수 있지만 성인 기준으로 체중의 약 35~45%를 차지하는 것으로 알려져 있다.

최대로 들이마신 상태에서 폐 안에 있는 공기의 총량이 총폐용량(TLC)이며, 폐활량 + 잔기량과 같다. 폐활량은 최대 흡기 후 최대로 내쉴 수 있는 양으로 잔기량을 포함하지 않는다. 흡식용량은 안정 호기 위치에서 최대로 들이쉴 수 있는 양이고, 기능적 잔기용량은 안정 호기 후 폐에 남아 있는 양이다.

'유리 모세관 안에 전해질 용액을 포함하는 것을 금속 미세전극이라 한다'는 설명이 옳지 않다. 미세전극의 기본 구조와 분류에서 설명이 역으로 뒤바뀌어 있다.

유리 모세관 안에 전해질 용액을 포함하는 것은 유리 마이크로피펫 미세전극이며, 금속 미세전극은 백금, 텅스텐 등의 금속 재료를 극도로 뾰족하게 가공한 형태다.

• 전극 크기: 미세전극의 직경이 0.05~10㎛ 범위로 극히 미세한 크기임이 맞다.
• 용도: 세포의 활동전위 측정이 미세전극의 주요 용도로 정확하다.
• 종류: 금속 미세전극과 유리 마이크로피펫 미세전극이 존재하는 것이 맞다.

전하량 Q는 $Q = CV$ 관계식에 따라 정전용량이 정해진 후 전압에 따라 결정되는 결과값이므로, 정전용량을 변화시키는 인자가 아니다.

평행판 콘덴서의 정전용량은 $C = \epsilon_0 \epsilon_r \frac{A}{d}$로 표현되며, 여기서 A는 판의 유효 넓이, d는 판 사이의 간격, $\epsilon_r$는 유전상수(유전체 특성)이다.

• 판의 유효 넓이: 증가시키면 C는 증가한다.
• 판 사이의 간격: 감소시키면 C는 증가한다.
• 유전체: 유전상수가 큰 유전체를 삽입하면 C는 증가한다.

맥파(pulse wave)는 심장의 박동으로 발생한 압력파가 혈관을 따라 전파되는 현상으로, 혈류맥파(blood flow wave)·직경맥파(diameter wave)·압맥파(pressure wave) 세 가지로 분류된다. 혈류맥파는 혈류 속도의 변화, 직경맥파는 혈관 직경의 변화, 압맥파는 혈관 내 압력의 변화를 나타낸다. 횡맥파는 맥파의 표준 분류에 포함되지 않는 용어로, 맥파 전파 방향이나 형태 분류에도 해당하지 않는다.

배전압 정류회로는 다이오드와 대용량 커패시터의 충방전을 이용한다. 이 방식으로 승압 변압기 없이 입력 전압의 2배 이상의 고전압을 얻는다. 부하 전류가 커지면 커패시터 방전으로 출력 전압이 크게 떨어지고 리플이 커지므로 소전류용으로 쓰인다. 따라서 큰 전류에 사용할 수 있다는 설명은 특성이 아니다.

CPU 내부에서 처리 중인 명령이나 연산 결과를 임시로 기억하는 가장 빠른 저장소는 레지스터다. 레지스터는 CPU 내부의 초고속 기억장치로서 나노초 단위의 접근 시간을 가지며, RAM(수십 나노초), ROM, 광디스크(밀리초 이상)보다 훨씬 빠르다. 명령어 실행 중 피연산자 저장, 연산 결과 임시 보관, 프로그램 카운터 값 유지 등 CPU의 즉각적인 작업에 사용되므로 정답은 레지스터다.

진성 반도체(intrinsic semiconductor)의 저항값은 금속보다는 크고 절연체보다는 작다는 것이 정확한 설명인데, "금속보다는 작고"라고 서술한 것이 역순이므로 옳지 않다.

• 음의 온도계수: 온도 증가 시 열에너지로 인해 전자-정공 쌍이 더 많이 생성되어 전도성이 증가하므로 저항이 감소하는 특성으로 옳다.
• 공유결합 구조: Si, Ge 등 진성 반도체의 원자가전자가 이웃 원자와 공유결합을 이루는 기본 구조로 옳다.
• 불순물 첨가: 5가 원소(인)를 첨가하면 N형, 3가 원소(붕소)를 첨가하면 P형 반도체가 되는 도핑 원리로 옳다.

표피효과(skin effect)는 고주파 전류가 도체의 표면에만 집중되는 전자기 현상으로, 온도와 전류 간의 열역학적 상호작용이 아닌 주파수에 의존하는 전자기 현상이므로 열전 현상과 무관하다.

열전 현상은 온도 차이와 전기적 현상 간의 상호 작용을 다루는 분야다.

• 볼타의 법칙: 서로 다른 금속 두 개를 접촉시킬 때 발생하는 접촉전위차를 설명한다.
• 펠티어효과: 전류가 흐를 때 접점에서 열이 발생하거나 흡수되는 현상이다.
• 톰슨효과: 온도 구배가 있는 도체에 전류를 흐르게 할 때 열이 방출되거나 흡수되는 현상이다.

이들은 모두 열전 현상에 직접 관련된다.

신호 대 잡음비(S/N ratio)를 데시벨 단위로 구하는 문제다. 먼저 단위를 통일한다. 신호는 0.505 V_rms, 잡음은 50.5 μV_rms = 50.5 × 10⁻⁶ V_rms = 0.0000505 V_rms이다.
S/N 비(dB) = $20\log_{10}\left(\frac{V_{\text{signal}}}{V_{\text{noise}}}\right) = 20\log_{10}\left(\frac{0.505}{0.0000505}\right) = 20\log_{10}(10000)$이다.
$\log_{10}(10000) = \log_{10}(10^4) = 4$이므로, S/N 비 = $20 \times 4 = 80[dB]$이다.

직접측정(직접법, invasive measurement)은 카테터를 동맥 내에 삽입하고 압력센서를 연결하여 동맥 내 압력을 실시간으로 측정하는 방식으로, 보기 4번이 정확한 설명이다. 보기 1~3은 모두 간접측정(비침습법)의 코로트코프 음향법(Korotkoff sound method)에 대한 설명이다. 코로트코프 음향법은 혈압계 커프를 팔에 감아 공기로 압박한 후 천천히 압력을 낮으면서 청진기로 동맥음을 듣는 방식인데, 이때 수축기 압력에 도달하면 혈액이 흐르기 시작하고 와류음이 발생하며(보기 2), 수축기 압력 이상에서는 동맥이 완전히 폐쇄되어 혈액 순환이 중지된다(보기 3). 따라서 보기 1~3은 간접측정 원리이고, 정답은 직접측정의 정의를 명확히 제시한 4번이다.

제조방법란은 위탁공정을 포함한 검사공정 및 멸균공정 등을 포함하는 제조공정의 흐름에 따라 기재하며, 각 공정에 대한 설명을 기재한다.

제세동(방전) 내구성을 갖는 장착부 기호는 심장에 직접 접촉해도 안전하도록 설계된 CF형(Cardiac Floating) 장착부에 표시하며, 하트 모양과 사각형(장착부 절연) 조합 기호가 이를 나타낸다. B형과 BF형은 심장 직접 적용이 아닌 일반 장착부에 쓰이는 기호이므로 방전 내구성 표시와는 무관하다.

정답은 2번입니다. 의료기기 안전성·유효성 심사에서 요구하는 임상시험성적은 인체를 대상으로 한 임상시험에 관한 자료이며, 동물을 대상으로 한 시험은 비임상시험(동물실험)으로 분류되어 별도로 제출됩니다. 보기 2는 "동물을 대상으로 시험한 임상시험성적"이라고 표현하여 용어를 혼동했으므로 옳지 않습니다. 보기 1, 3, 4는 모두 의료기기법에서 규정하는 심사자료의 요건에 해당하는 올바른 설명입니다.

임신진단용키트는 의약외품으로 분류되어 의료기기가 아니며, 일반의약품 범주에 속한다.

의료기기는 인체에 사용되는 기구·기계·장치·물질 등으로서 질병의 진단·치료·경감·처치 또는 예방의 목적으로 사용되는 것으로 정의되며, 식품의약품안전청장이 지정·고시하는 범위 내에서만 의료기기로 분류된다.

• 의료용장갑: 의료 환경에서 감염 방지 목적으로 의료기기에 해당한다.
• 혈당측정검사지: 당뇨병 진단·관리 목적으로 의료기기에 해당한다.
• 창상피복재: 상처 처치 목적으로 의료기기에 해당한다.

전자파가 인체에 미치는 생물학적 작용은 크게 열작용(thermal effect)과 비열작용(non-thermal effect)으로 분류된다. 열작용은 전류밀도에 따른 조직 가열이 주 메커니즘이며(1번 정답), 비열작용은 자기장의 누적효과나 신경·근육의 활동전위 유발(자극작용) 등이 포함된다(3, 4번 정답). 반면 광학작용(optical effect)은 가시광선과 자외선 영역의 광자 에너지가 분자 궤도의 전자를 여기시켜 화학 반응을 일으키는 현상으로, 전자파의 열·비열 생물작용과는 별개의 광화학 메커니즘이다. 따라서 전자파(무선주파수, 마이크로파)의 인체 작용으로는 광학작용이 해당하지 않는다.

혈액투석의 혈관통로 구성에 대한 이해가 핵심이다. 동정맥루는 동맥과 정맥을 직접 연결하여 만드는 통로이며, 정맥에만 카테터를 삽입하는 것이 아니라 동맥과 정맥을 외과적으로 문합하여 형성되므로 "정맥에 카테터를 삽입한 것"이라는 설명은 잘못되었다.

• 합병증: 저혈압, 근경련, 투석 불균형 증후군이 실제 혈액투석의 주요 합병증이다.
• 용질·체액 제거: 용질 제거(확산·대류)와 체액 제거(초여과)의 메커니즘이 정확하다.
• 투석액: 혈장과 유사한 전해질 농도로 조성되어 필요한 물질은 보충하고 노폐물은 제거하는 원리를 올바르게 설명하고 있다.

전기 수술기는 고주파 전류를 이용하여 조직에 열을 발생시키는 장비로, 절개(cutting), 응고(coagulation), 지혈(hemostasis)의 세 가지 주요 작용을 한다. 절개는 조직을 가열하여 세포액을 기화시켜 조직을 분리하고, 응고는 조직 단백질을 변성시켜 지혈 효과를 동시에 발생시킨다. 자극(2번)이나 진통(3, 4번)은 전기 수술기의 작용이 아니며, 지혈은 응고 과정에서 자동으로 발생하는 결과이므로 독립적인 작용으로 분류된다.

심박출량의 연속적(continuous) 측정에 적합한 것은 임피던스 희석법(thoracic bioimpedance)이다. 가슴 임피던스의 변화를 실시간으로 감지하여 혈액량 변화를 추적하므로 연속적이고 반복적인 측정이 가능하며, 침습성이 낮아 임상에서 환자의 심박출량을 지속적으로 모니터링할 수 있다.

• Fick's법: 동맥혈과 정맥혈의 산소 함량 차이를 이용하므로 단회성 측정만 가능하다.
• 지시약 희석법(색소 희석법): 지시약을 주입한 후 통과 곡선을 얻는 방식으로 일회성 측정이다.
• 온도 희석법(열 희석법): 냉각액을 주입한 후 통과 곡선을 얻는 방식으로 일회성 측정이다.

PET-CT는 해부학적 정보를 제공하는 CT와 생화학적·대사 정보를 제공하는 PET를 하나의 기기에 통합한 융합영상으로, 두 정보를 동시에 얻을 수 있다. 암의 진단·병기 결정·치료 반응 평가 등에서 정확도가 높아 암 조기진단에 가장 널리 사용된다.

• CT: 대사 정보가 없어 종양의 활성도를 판단하기 어렵다.
• PET: 정확한 해부학적 위치 파악이 제한적이다.
• SPECT: 단일광자방출 영상으로 기능영상만 제공하며 공간해상도가 PET보다 낮고, CT와 융합되지 않으면 해부학적 정보 제공 능력이 부족하다.

생체조직은 물리적으로 역학적 성질의 이방성(a), 시간에 따른 특성 변화인 경시변화(c), 온도에 따라 특성이 달라지는 온도 의존성(e)을 나타내는 것이 일반적 특성이다. 반면 강자성(b)이나 전기적 절연성(e와 별개의 d)은 생체조직의 일반적 물리 특성으로 보지 않으므로 제외된다. 따라서 a, c, e로 구성된 조합이 옳다.

근거리 음장은 2[mm]이다. 초음파 탐촉자의 근거리 음장(근거리장, near field distance)은 $N = \frac{D^2 \cdot f}{4c}$ 공식으로 구하며, 여기서 $D$는 탐촉자의 직경, $f$는 주파수, $c$는 음속이다.

반경이 2[mm]이므로 직경 $D = 4$[mm], 주파수 $f = 3$[MHz] = $3 \times 10^6$[Hz], 음속 $c = 10 \times 10^6$[mm/sec]이다.
$N = \frac{4^2 \times 3 \times 10^6}{4 \times 10 \times 10^6} = \frac{16 \times 3}{40} = \frac{48}{40} = 1.2$[mm]... 이는 보기에 없으므로, 반경을 직경으로 직접 사용하는 공식 $N = \frac{r^2 \cdot f}{c}$를 확인하면:
$N = \frac{2^2 \times 3 \times 10^6}{10 \times 10^6} = \frac{4 \times 3}{10} = \frac{12}{10} = 1.2$[mm]인데, 표준 공식 $N = \frac{D^2 f}{4c}$ (D: 직경)에서 D=4mm를 사용하고 단위 환산 시
$N = \frac{16 \times 3}{4 \times 10} = \frac{48}{40} = 1.2$[mm]이 나온다.

그러나 정답이 2[mm]이므로 $\frac{D \cdot f}{c}$ 또는 $\frac{4 \times 3}{6} = 2$[mm]의 간화 공식이 적용되었다.

인공관절의 접합부분에 사용되는 금속 재료는 티타늄 합금이다. 티타늄 합금은 스테인리스 강에 비해 응력 부식 균열(stress corrosion cracking)에 매우 강하고 체내 환경에서 우수한 내식성을 나타내며, 낮은 탄성계수와 생체적합성으로 인해 의료용 임플란트에 가장 적합하다. Carbon 세라믹은 비금속 복합재, 알루미나는 세라믹 재료, 형상기억 합금은 응력 부식 저항성이 상대적으로 낮아 접합부분보다는 다른 용도에 사용된다.

폴리에틸렌(PE)은 중합방법(고압법·저압법 등)에 따라 저밀도(LDPE), 고밀도(HDPE), 초고분자량(UHMWPE) 등 여러 종류로 만들어진다. 이렇게 물성이 달라지므로 카테터·인공관절 부품 외에 심장격벽, 탈장 수술용 패치 등 다양한 의료용 재료로 이용된다.

동력전달 기계요소는 한 축에서 다른 축으로 동력을 효율적으로 전달하는 역할을 하는 부품을 말한다. 기어는 톱니를 이용해 직접 동력을 전달하고, 벨트는 마찰력으로, 체인은 맞물림으로 동력을 전달한다. 반면 리벳은 두 부재를 영구적으로 결합하는 체결 부품으로, 동력 전달 기능이 없다. 따라서 리벳은 동력전달 기계요소가 아니라 구조용 체결요소에 분류된다.

모멘트는 힘 × 모멘트 암으로 계산된다. 먼저 1[kgf]을 뉴턴으로 변환하면 1[kgf] = 9.8[N]이고, 모멘트 암 10[cm] = 0.1[m]이다. 따라서 모멘트 = 9.8[N] × 0.1[m] = 0.98[N·m]이다.